淺談線切割機床中走絲與慢走絲
2020-9-1 來源： 河南省醫(yī)用高分子材料技術與應用 作者： 王克通
摘要: 近年來，隨著我國經濟的快速發(fā)展，工業(yè)技術不斷進步，人們要不斷研發(fā)和革新數控加工技術，而線切割加工技術是機床加工領域的一種關鍵技術。線切割數控機床是加工精密零件和形狀復雜的金屬模具的專用機床，適宜作為模具加工的最后一道工序，可以加工硬度較高的金屬材料，使其保持良好的切割狀態(tài)。
關鍵詞: 數控加工技術; 線切割; 加工硬度
線切割加工技術是機床加工領域的一種關鍵技術，而中走絲和慢走絲是線切割機床常用的兩種加工工藝，本文重點對中走絲和慢走絲進行比較分析。線切割機床加工原理如圖 1 所示。
圖 1 線切割機床加工原理
1、 線切割機床——中走絲
1.1 中走絲概述
中走絲是指復合走絲線割機床，并非走絲速度介于高低速之間。它以往復多次切割為前提，減少切割作業(yè)過程中材料變形和鉬絲損耗所帶來的誤差，工件質量的標準可利用運絲速度進行調整，介于高速與慢速運絲之間。粗加工一般采用高速走絲（8~13mm/s），第一次切割高速穩(wěn)定，采用高電流，以較大的脈寬進行大電流切割。修切加工采用低速運絲（1~3mm/s），工作狀態(tài)走絲平穩(wěn)，上下眼膜可控制運絲的抖動。切割精度較高，保證工件精度，尺寸及表面粗糙度（ Ra為 1.4~1.7μm）。多次修切，主要的目的是拋磨修光。在加工過程中，切割還需要注意，工件變形、吃刀量大小不均都可能影響質量及精度。根據不同的材料預留加工量，使其內應力扭曲變形，在多次修割中進行精加工，使工件的尺寸得到保障。
1.2 中走絲線切割加工條件
1.2.1 火花的間隙與切割速度的關系。
在日常加工中，切割速度的快與慢決定著火花間隙的大小。切割速度不能超過腐蝕速度，如超過，將會產生短路現象。其間需要保持一定的切割電流，從而保持間隙大小一致。切割速度勻速才能保證工件的要求尺寸。
1.2.2 火花間隙與冷卻液的關系。
加工作業(yè)期間會不斷產生大量廢屑及微型顆粒物，而冷卻液的主要作用是排屑和消除電離子的不同，決定著電火花的間隙大小，尤其是在加工高精度工件時，必須將火花間隙和間隙補償量考慮在內。
1.2.3 工件材料。
工件的材料選擇變形量小、屈服極高的材料，如有熱處理淬、回火，應選擇正確的工藝參數，冷卻要均勻，盡量消除熱處理中產生的殘余應力。
1.3 中走絲加工的應用
目前，中走絲加工工藝的應用范圍較廣，包括: 各種沖模; 微細異形孔、窄縫和復雜形狀的工件; 樣板和成型刀具; 冶金模、型腔模、拉絲模和成型模。它可以加工硬質材料、切割薄片和金屬材料，也可以加工內外齒輪，適合于多品種零件、小批量的加工。
2、線切割機床——慢走絲
2.1 慢走絲概述
慢走絲是線切割的一種，可以加工所有導電材料（如金屬材料、硬質合金、碳化物和石墨等）。放電加工期間，火花發(fā)生器產生火花，其后，在一定的時間間段內，加工時火花與工件產生連續(xù)的凹坑。火花產生的溫度為 8 000~12 000℃。火花發(fā)生器釋放的能量決定凹坑的尺寸。慢走絲適合用于加工形狀復雜和精密細小的工件。
在慢走絲機床加工中，電極絲運轉方式為低速單向運動，根據工件要求標準的不同，電極絲運轉速度也需要不斷調整。一般來說，走絲速度為 0.2mm/s，表面精確度可達微米級，質量效果接近磨削水平。在慢走絲機床中，電極絲為一次性使用，其目的是工作狀態(tài)實時保持平穩(wěn)、走絲均勻，避免產生抖動，加工后的工件質量效果良好。慢走絲切割機床采用持續(xù)供絲的方式，機床加工期間，電極絲放電后發(fā)生損耗，可給予持續(xù)補充。
2.2 切割精度
2.2.1 多次切割技術。
修切技術是提高加工精度及表面質量的根本手段。它是一門涉及制造技術、數控技術、智能化技術、脈沖電源技術、精密傳動及控制技術的綜合應用技術。第一次切割的主要目的是將零件成形，第二次切割的主要目的是提高零件的精確度，第三次（或三次以上）切割的主要目的是提高工件的表面粗糙度。根據工件要求的精度及表面粗糙度，合理選擇切割刀數，切割刀數較高，通常為 7~9 刀。實施少量多次切割，第一次為粗切割，放電參數大，主要目的是把零件切開。把金屬材料大部分去除，第二次為修切，放電參數減小，軌跡分階段縮小，加工次數越多，工件表面質量越好。切割期間，零件表面輪廓變化曲線如圖 2 所示，其中，粗糙度 Ra 為輪廓算數平均偏差，粗糙度 Rz 為輪廓最大高度。割一修三輪廓線如圖 3 所示，切割工件實際圖如圖 4 所示。
圖 2 零件表面輪廓變化曲線
圖 3 割一修三輪廓線
圖 4 切割工件實際圖
2.2.2 拐角策略。
在某些工件作業(yè)過程中，切割拐角時，電極絲走絲停歇會造成角部塌陷。為了提高切割精度，避免此類問題，人們需要采取更多的拐角策略，如改變走絲路經、溝槽清角、內圓清角、V形清角，避免走絲停歇造成角部塌陷。
2.2.3 水平垂直狀態(tài)。
工件與電極絲處于水平垂直狀態(tài)，上噴水嘴和下噴水嘴與工件處于貼面加工，間隙為 0.1mm，上下水沖液能起到很好的排碳及冷卻作用，從而提升加工效率。
2.3 機床的主要部分
慢走絲的加工設備主要由機身、工作臺、走絲機構、絲杠、工作液循環(huán)制冷系統(tǒng)、伺服馬達和離子感應器等幾部分組成。
2.3.1 機身。
機身是機床的基礎體，是安裝其他部件、機床內部的電機電器的內部放置，是一種外觀箱式結構，包括機身導軌。
2.3.2 工作臺。
工作臺用來裝夾工件，裝夾冶具。它由導軌、絲杠、電機傳送機構組成，絲杠采取螺旋方式位移。
2.3.3 走絲機構。
走絲機構主要由運絲輪和運絲電機組成，包括陶瓷輪、張力輪等其他機構形成的單向走絲。
2.3.4 工作液循環(huán)系統(tǒng)。
該系統(tǒng)用于過濾水質，去離子水要達到工作液循環(huán)加工要求。水槽是工作液的存儲處，有臟水槽、凈水槽; 離子感應器用于電阻率測量，測量流入樹脂桶的離子值。樹脂桶是存放樹脂的容器，樹脂是石油中的提取物，用于去離子，更好地過濾水質。
2.4 中走絲與慢走絲的區(qū)別及優(yōu)缺點
中走絲屬于往復高速走絲電火花線切割機床范疇，以持續(xù)運轉的鉬絲（稱為電極絲）作為電極，對工件進行脈沖火花放電蝕除金屬，通過多次切割減少誤差，直至切割成型。其工件質量介于高速走絲和慢速走絲之間，故而稱為中走絲，中走絲是快走絲的升級產品，所以也可以叫作能多次切割的快走絲。它的加工速度接近于快走絲，而加工質量趨于慢走絲。走絲速度為 1~12m/s，可以根據需要進行調節(jié)。
北京安德建奇 AR60-MA中走絲
日本沙迪克 AQ400Ls 慢走絲
慢走絲以持續(xù)運轉的銅絲（稱為電極絲）作為電極，一般以低于 0.2m/s 的運轉速度進行單向運動，使電極與工件處于脫離子水的環(huán)境中進行脈沖火花放電，加工中產生的高溫會使脫離子水逐漸消耗。慢走絲用于加工各種形狀復雜和精密細小的工件，一般走絲速度低于0.2m/s，精確度達 0.001mm。切一修三后，粗糙度 Ra 可達到 0.8μm，切一修四后粗糙度Ra 可達到 0.33μm，表面粗糙度質量接近磨削水平。電極絲作為一次性使用，工作狀態(tài)平穩(wěn)，走絲均勻，電極絲抖動小，加工質量較好。
慢走絲采用先進的電源技術，實現了高速加工，最大加工速度可達 350mm/min。
3、 結語
線切割機床加工精度高、功能強，但加工成本高。如果要充分發(fā)揮機床的作用，創(chuàng)造好的經濟效益，就必須對工件進行合理的加工工藝分析和技術性能分析，充分了解機床的結構性能，熟練掌握機床的操作技能，最大限度地發(fā)揮機床的潛力，提高生產效率。
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